多级节能闭式除湿热泵系统的制作方法

1.本发明涉及热泵除湿系统技术领域，尤其是一种多级节能闭式除湿热泵系统。


背景技术：

2.热泵就是通过机械能拖动，使热量从低品位流向高品位的一种装置，也称“热能放大器”。除湿热泵主要利用制冷系统使湿热空气降温脱水同时通过热泵原理回收空气潜热加热空气，可以实现能量回收、降温除湿以及热风干燥的功能。
3.目前，热泵除湿系统包括单级热泵除湿系统与多级热泵除湿系统。单级系统是由独立的一套压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀或配合节能器等组件构成，单级系统容易受到环境温度或较大的蒸发、冷凝温差工况的影响，造成压缩机高低压差大、压缩机负荷高、制冷效率降低、耗电增高、压缩机及相关制冷配件使用寿命降低等问题。而多级热泵除湿系统虽然解决了单级压缩机压差大的问题，但是，现有的多级热泵除湿系统的能量利用不够充分，能量利用率相对较低，能耗较大，整体除湿量相对较低。
4.中国发明专利申请201911336000.8公开了一种多级旁通与多级除湿热泵干燥系统，通过调节风道上的空气调节阀，实现了干燥空气闭式循环或将烘干废气排出并引入新风形成半开式系统，进而调节烘干箱内的温湿度和风量，以实现减小了单级热泵机组的压缩比，提高了热泵制热效率。这种多级除湿热泵干燥系统存在如下问题：（1）该系统在闭式循环送风模式时，烘干箱的湿热空气排出后直接经各级热泵逐级降温除湿及逐级加热，湿热空气进入蒸发器时，具有较高的温度，不能快速大幅度降温至相对露点温度以下，深度除湿脱水的效果相对较差，脱水后的空气含湿度不够低，从而降低了冷凝器接力升温的速度及效果，从而降低烘干效率，不适用于对含水率很高的物料、尤其是连续进湿料-出干料式的物料进行干燥；（2）该系统在半开式循环送风模式时，会引入新风、并将部分循环空气排出至室外，如果被干燥的物料含有异味或会产生有害气体，则异味或有害气体会在循环过程中被带到室外而污染环境，也会对工作人员的身体造成伤害，因此这种系统不适用于干燥有异味或产生有害气体的物料（比如市政污泥、电镀污泥、化工污泥等）。


技术实现要素：

5.本技术人针对上述现有热泵除湿系统存在的缺点，提供一种结构合理的多级节能闭式热泵除湿系统，能量利用率高，节省能耗，深度除湿脱水效果好，脱水后的空气升温速度快、效果好，烘干效率更快。
6.本发明所采用的技术方案如下：一种多级节能闭式除湿热泵系统，循环风道内布置有节能子系统、除湿子系统、加热子系统，节能子系统包括第一回热器与第二回热器，除湿子系统包括至少一个蒸发器，加热子系统包括至少一个冷凝器，所述蒸发器与冷凝器连接到压缩机上构成至少一级热泵系统；第一回热器热侧、第二回热器热侧、至少一个蒸发器、第二回热器冷侧、第一回热器冷侧、至少一个冷凝器沿循环风道的风向依次串联；使用时，至少一级热泵系统与第一回热
器、第二回热器一起实现对湿热空气的多级降温与多级升温。
7.作为上述技术方案的进一步改进：第二回热器冷侧与第一回热器冷侧之间还串联有至少一个冷凝器。
8.所述热泵系统设置为二级或二级以上，各级热泵系统相互独立、互不干涉；各级热泵系统的蒸发器依次串联在第二回热器热侧与第二回热器冷侧之间；各级热泵系统的蒸发器，一部分串联在第二回热器冷侧与第一回热器冷侧之间，另一部分串联在第一回热器冷侧之后；第二回热器与第一回热器之间的蒸发器与前级数的蒸发器连接相同的压缩机，第一回热器之后的蒸发器与后级数的蒸发器连接相同的压缩机。
9.所述热泵系统设置为四级，一级热泵系统的第一压缩机连接一级蒸发器与四级冷凝器，二级热泵系统的第二压缩机连接二级蒸发器与三级冷凝器，三级热泵系统的第三压缩机连接三级蒸发器与二级冷凝器，四级热泵系统的第四压缩机连接四级蒸发器、一级冷凝器；一级冷凝器、二级冷凝器串联在第二回热器冷侧与第一回热器冷侧之间，三级冷凝器、四级冷凝器串联在第一回热器冷侧之后；一级热泵系统、二级热泵系统、三级热泵系统、四级热泵系统的制热量逐级提升，一级热泵系统《二级热泵系统《三级热泵系统《四级热泵系统。
10.第一回热器呈菱形布置，其热侧进出风面与冷侧进出风面均为倾斜面；第二回热器呈正放的方形布置，其热侧进出风面为竖直面、冷侧进出风面为水平面。
11.除湿子系统还包括有表冷器，表冷器串联在第一回热器热侧与第二回热器热侧之间，或者表冷器串联在第二回热器热侧之后；表冷器通过外接管路连接到冷却塔上，表冷器的水流量通过水泵频率控制。
12.加热子系统还包括电辅加热器，电辅加热器串联在最后一级的冷凝器之后。
13.循环风道为设置在箱体内的密闭通道；循环风道由箱体内若干挡风隔板分隔出；箱体上连通循环风道的进、出气端分别开设有进风口、出风口，出风口处设有风机。
14.循环风道内、位于除湿子系统下方设有接水盘；箱体开设有排水口。
15.接水盘的底面朝排水口向下倾斜。
16.本发明的有益效果如下：本发明的湿热空气在进入各级蒸发器进行降温除湿之前，先经第一回热器进行初步降温，再经表冷器再次降温，此时空气温度降至接近露点温度，然后再经过第二回热器降温后变成湿冷空气、此时湿冷空气已经开始冷凝脱水，进行初步的冷凝脱水后，再逐次经过多级蒸发器进行逐级降温冷凝脱水，脱水后的空气再逐次经两级回热器级多级冷凝器、电辅加热器逐级加热升温；湿热空气在进入各级蒸发器之前，温度已经初步降至接近露点温度，再经各级蒸发器降温后，可以跨度降温至露点温度以下，深度除湿脱水效果更好，脱水后的空气含湿量更低，两级回热器及各级冷凝器对脱水后空气进行接力升温的速度更快、升温效果更好，排出的热风与待干燥物料建立的干湿度差值更大，干热风烘干效率更快，适用于对含水率很高的物料、尤其是连续进湿料-出干料式的物料进行干燥。串联的两级回热器分别利用进、回风温差对进风进行逐级降温及对回风进行逐级升温，大大提高了热效率，热力利用更充分，能量利用率高，节省了能耗；且结构布置紧凑，风流动更合理顺畅，占地空间小。
17.本发明的各级热泵系统为独立的、互不干涉的模块化系统，可以通过单独启停来
改变整体输出热量，根据制热量需求匹配相应的模块数量；而且，由于有两级回热器对空气进行了初步降温，使得每级热泵的压差逐级降低，这样就降低了各级压缩机的输入功率，从而提升了各级压缩机的制热量，逐级增加了压缩机的cop（制热性能系数，即热泵系统的制热量与输入功率的比值），各级热泵系统的制热量从大到小排序依次为：四级热泵系统》三级热泵系统》二级热泵系统》一级热泵系统。
18.本发明的循环风道为密闭通道，空气在密闭通道内循环，防止废热外排，即使被干燥的物料中含有异味或会产生有害气体，也会在密闭通道内循环而不会外排污染环境或对工作人员造成伤害，适用于干燥市政污泥、电镀污泥、化工污泥等有异味或产生有害气体的物料。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图。
20.图中：1、箱体；11、挡风隔板；12、循环风道；13、进风口；14、出风口；15、排水口；16、接水盘；17、底座；2、节能子系统；21、第一回热器；22、第二回热器；3、除湿子系统；31、表冷器；32、一级蒸发器；33、二级蒸发器；34、三级蒸发器；35、四级蒸发器；36、冷媒管路；37、外接管路；4、加热子系统；41、一级冷凝器；42、二级冷凝器；43、三级冷凝器；44、四级冷凝器；45、电辅加热器；5、风机；6、第一压缩机；7、第二压缩机；8、第三压缩机；9、第四压缩机。
具体实施方式
21.下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
22.如图1所示，本发明的箱体1设置在底座17上；箱体1内通过若干挡风隔板11分隔出一条密闭的循环风道12；循环风道12内布置有节能子系统2、除湿子系统3、加热子系统4、以及若干压缩机；箱体1上连通循环风道12的进、出气端分别开设有进风口13、出风口14，出风口14处设有风机5；循环风道12为密闭通道，空气在密闭通道内循环，防止废热外排，即使被干燥的物料中含有异味或会产生有害气体，也会在密闭通道内循环而不会外排污染环境或对工作人员造成伤害，适用于干燥市政污泥、电镀污泥、化工污泥等有异味或产生有害气体的物料。循环风道12内、位于除湿子系统3下方设有接水盘16，用于接收除湿子系统3冷凝脱出的水分；箱体1上、连通接水盘16开设有排水口15，接水盘16的底面朝排水口15方向向下倾斜，引导冷凝水流向排水口15排出，防止冷凝水沉积在接水盘16内。
23.节能子系统2包括串联的第一回热器21与第二回热器22，串联的两级回热器分别利用进、回风温差对进风进行逐级降温及对回风进行逐级升温，大大提高了热效率，能力利用更充分，能量利用率高，节省了能耗。除湿子系统3包括表冷器31、一级蒸发器32、二级蒸发器33、三级蒸发器34及四级蒸发器35。加热子系统4包括一级冷凝器41、二级冷凝器42、三级冷凝器43、四级冷凝器44及电辅加热器45；在系统首次启动时，可以通过电辅加热器45建立温差，使系统快速达到稳定运行状态。第一回热器21的热侧进气口连通进风口13，表冷器31设置在第一回热器21热侧出气口与第二回热器22热侧进气口之间，第二回热器22热侧出
气口后方依次串联设置一级蒸发器32、二级蒸发器33、三级蒸发器34及四级蒸发器35，四级蒸发器35出气口连通第二回热器22冷侧进气口，一级冷凝器41、二级冷凝器42串联设置在第二回热器22冷侧出气口与第一回热器21冷侧进气口之间，第一回热器21冷侧出气口后方依次串联设置三级冷凝器43、四级冷凝器44、电辅加热器45；各级冷凝器穿插设置在第二回热器22冷侧与第一回热器21冷侧之间，更利于降低压缩机的压比，提高压缩机的工作效率。一级蒸发器32通过冷媒管路36连接到第一压缩机6冷端，第一压缩机6热端连接到四级冷凝器44上，构成一级热泵系统；二级蒸发器33通过冷媒管路36连接到第二压缩机7冷端，第二压缩机7热端连接到三级冷凝器43上，构成二级热泵系统；三级蒸发器34通过冷媒管路36连接到第三压缩机8冷端，第三压缩机8热端连接到二级冷凝器42上，构成三级热泵系统；四级蒸发器35通过冷媒管路36连接到第四压缩机9冷端，第四压缩机9热端连接到一级冷凝器41上，构成四级热泵系统；各级热泵系统的蒸发器、冷凝器、压缩机的连接方式更利于降低压缩机的压比，每级蒸发器与冷凝器之间的温差较小，更利于提高压缩机的工作效率；各级热泵系统为独立的、互不干涉的模块化系统，可以通过单独启停来改变整体输出热量，根据制热量需求匹配相应的模块数量；而且，由于有两级回热器对空气进行了初步降温，使得每级热泵的压差逐级降低，这样就降低了各级压缩机的输入功率，从而提升了各级压缩机的制热量，逐级增加了压缩机的cop（制热性能系数，即热泵系统的制热量与输入功率的比值），各级热泵系统的制热量从大到小排序依次为：四级热泵系统》三级热泵系统》二级热泵系统》一级热泵系统。
24.表冷器31通过外接管路37连接到冷却塔上（图中未示出），当冷凝压力较高时，可以通过plc（可编程逻辑控制器）自动改变表冷器31内的水流量，向外部环境散热，水流量的改变可以通过改变水泵频率来实现。表冷器31设置在第一回热器21热侧与第二回热器22热侧之间，可以使冷却塔更好地与外界环境温度差生更大温差，换热效果更好。
25.上述实施例的工作原理为：湿热空气从进风口13进入循环风道12，依次经第一回热器21
→
表冷器31
→
第二回热器22
→
一级蒸发器32
→
二级蒸发器33
→
三级蒸发器34
→
四级蒸发器35进行逐级降温、冷凝脱水后，再依次经第二回热器22
→
一级冷凝器41
→
二级冷凝器42
→
第一回热器21
→
三级冷凝器43
→
四级冷凝器44
→
电辅加热器45（可选）进行逐级升温后，再通过风机5从出风口14排出。湿热空气在进入各级蒸发器进行降温除湿之前，先经第一回热器21进行初步降温，再经表冷器31再次降温，此时空气温度降至接近露点温度，然后再经过第二回热器22降温后变成湿冷空气、此时湿冷空气已经开始冷凝脱水，进行初步的冷凝脱水后，再逐次经过一级蒸发器32、二级蒸发器33、三级蒸发器34、四级蒸发器35进行逐级降温冷凝脱水，脱水后的空气再逐次经第二回热器22、一级冷凝器41、二级冷凝器42、第一回热器21、三级冷凝器43、四级冷凝器44、电辅加热器45逐级加热升温；湿热空气在进入各级蒸发器之前，温度已经初步降至接近露点温度，再经各级蒸发器降温后，可以跨度降温至露点温度以下，深度除湿脱水效果更好，脱水后的空气含湿量更低，两级回热器及各级冷凝器对脱水后空气进行接力升温的速度更快、升温效果更好，排出的热风与待干燥物料建立的干湿度差值更大，干热风烘干效率更快，适用于对含水率很高的物料、尤其是连续进湿料-出干料式的物料进行干燥。
26.在其他实施例中，第一回热器21与第二回热器22的热侧可以直接串联，表冷器31串联设置在第二回热器22热侧之后，表冷器31之后依次串联多级的蒸发器。
27.在其他实施例中，第一回热器21与第二回热器22的冷侧也可以直接串联，多级的冷凝器依次串联设置在第一回热器21冷侧之后。
28.热泵系统不限定设置为四级，根据实际制热量需求，在其他实施例中，可以设置四级以下（如一级、二级、三级），也可以设置四级以上的多级（如五级、六级等）以满足供风、回风温度更高且湿度更大的污泥干燥需求；各级热泵系统与第一回热器21、第二回热器22一起，实现对湿热空气的多级降温与多级升温。
29.第一回热器21呈菱形布置，其热侧进出风面与冷侧进出风面均为倾斜面；第二回热器22呈正放的方形布置，其热侧进出风面为竖直面、冷侧进出风面为水平面；这样布置使得内部整体结构布置更紧凑，在保证风流动更合理顺畅的同时，设备整体可以设置得更小巧，占地空间更小。
30.以下为采用本发明所述的除湿热泵系统对湿污泥进行干燥的实施例：湿污泥通过进料口连续输入干燥箱内，本发明的除湿热泵系统将干热风送入干燥箱内对湿污泥进行干燥，干热风吸收湿污泥中的水分变成湿热空气进入除湿热泵系统，进行降温冷凝脱水、变成干热风后，再次循环进入干燥箱，持续对湿污泥进行干燥处理，干燥后的污泥从出料口输出。含水率80%左右的湿污泥经本发明的除湿热泵系统干燥处理后，其含水率可以低至10%以下，干化效果好，而且烘干时间更短，烘干效率快。
31.以上描述是对本发明的解释，不是对本发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。